當模擬人體器官的"微型模型"遇上精準靶向的"基因剪刀"，生物醫學研究正迎來顛覆性突破。荷蘭Hubrecht研究所Hans Clevers團隊開發的"CRISPR-HOT"技術，讓類器官基因編輯效率實現質的飛躍，為類器官研究、藥物研發等開辟了全新賽道。今天，我們結合最近的應用技術，解讀類器官基因編輯的原理機制，帶你全面學握這一前沿技術!
壹 類器官CRISPR編輯技術的發展
類器官剛建立體系（腸道、腦類器官誕生）時，基因編輯以慢病毒、TALEN、鋅指核酸酶為主，效率低、操作繁瑣，僅用于簡單基因敲除/過表達。Schwank 2013 年首次用CRISPR編輯人腸道類器官修復CFTR[1]，開啟人源類器官精準編輯時代，成功實現基因敲除、敲入、點突變、條件性編輯，可順利構建遺傳病、腫瘤類器官模型。
將CRISPR基因編輯技術與類器官結合，形成了兼具"精準靶向"與"生理相關性"的研究工具。這種組合技術已廣泛應用于：
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癌癥研究：構建攜帶特定基因突變的腫瘤類器官，模擬腫瘤發生發展過程；
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藥物研發：在人體同源模型中進行臨床前藥物篩選，降低臨床轉化風險；
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遺傳矯正：修復患者來源類器官的致病突變，為細胞治療提供可能；
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發育生物學：追蹤基因在器官形成過程中的動態作用。
基因編輯類器官已在各種藥物研究中發揮作用：
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南京醫科大學研究團隊構建了患者來源結直腸癌類器官模型并進行基因編輯，通過基因編輯技術調控類器官中FBXO44的表達，可直接觀測到類器官生長能力的相應變化，為FBXO44靶點的臨床應用提供了可靠依依據[2]；
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在腦、皮膚、腎、血管、腸道等類器官建立中均有結合基因編輯技術的研究案例，為帕金森病等疾病療法開發提供了應用支撐[3]。
圖1基因編輯在不同類器官的應用[3]
貳 基因編輯的"精準剪刀"如何工作？
01 CRISPR系統的作用原理
目前類器官基因編輯以CRISPR-Cas9/Cas12系統為核心，其工作機制可概括為"識別-切割-修復"三步：
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靶向識別：sgRNA（向導RNA）通過堿基互補配對，精準定位基因組目標區域；
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DNA切割：Cas蛋白在目標區域切割DNA雙鏈，形成雙鏈斷裂（DSB）；
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基因修復：細胞啟動自身修復機制，實現基因的敲除、敲入或突變。
02 修復路徑決定編輯效率
DNA雙鏈斷裂后的修復機制決定了基因編輯的類型和效率，主要分為兩種途徑：
03 CRISPR遞送技術
基因編輯的類器官構建涉及類器官構建和基因編輯兩部分，因此有兩種技術路線：
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先對細胞或樣本進行基因編輯，再利用成功編輯的細胞構建類器官；
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先構建類器官，再對類器官進行基因編輯。
基因編輯需要將編輯工具遞送至細胞或類器官中，通常采用病毒遞送或非病毒遞送（如電穿孔、化學轉染）。將CRISPR工具遞送至類器官內部是技術關鍵，目前主流方法對比見下表：
電轉染可以將以質粒形式或者RNP復合物的CRISPR工具導入細胞/類器官中。在2015年, Fujii, M. 等人在Nature protocols中比較了腸道類器官的不同轉染方法、試劑和設備的效率。從下圖中，我們可以看出在類器官應用中，電穿孔轉染的遞送效率中遠遠高于其他方式[5]。
圖2基因傳遞方法和條件的比較[5]
類器官基因編輯產品解決方案
近岸蛋白可提供經類器官培養驗證的產品解決方案，涵蓋50+類器官因子，30+類器官培養基，NovoMatrix®基質膠和配套培養試劑，確保批次培養穩定可控，構建無憂！
在基因編輯應用場景可提供CRISPR/Cas系統的RNP體系開發的Cas蛋白及其突變體，再加上通用型一步法sgRNA體外轉錄試劑盒，快速制備CRISPR/Cas系統所需的兩大元件，可以實現即時快速的基因編輯。
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基因編輯產品推薦
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MR005 |
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E185-02 |
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E370 |
sgRNA Screening and Genotype Confirmation Kit |
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參考文獻
[1] Schwank, Gerald et al. “Functional repair of CFTR by CRISPR/Cas9 in intestinal stem cell organoids of cystic fibrosis patients.” Cell stem cell vol. 13,6 (2013): 653-8.
[2] Nie, Hongxu et al. “FBXO44 Regulates FOXP1 Degradation Through AURKA-Dependent Phosphorylation to Promote Colorectal Cancer Progression.” Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany) vol. 12,47 (2025): e15458.
[3] Zhang, Qinmeng et al. “Genetically modified organoids for tissue engineering and regenerative medicine.” Advances in colloid and interface science vol. 335 (2025): 103337.
[4] Artegiani, Benedetta et al. “Fast and efficient generation of knock-in human organoids using homology-independent CRISPR-Cas9 precision genome editing.” Nature cell biology vol. 22,3 (2020): 321-331.
[5] Fujii, Masayuki et al. “Efficient genetic engineering of human intestinal organoids using electroporation.” Nature protocols vol. 10,10 (2015): 1474-85.